Biología Molecular del cáncer ¿Hay que saber algo de biología tumoral para tratar a un

paciente con cáncer?

Dra. Gema Moreno Bueno 18 Noviembre 2015

¿Qué aporta la biología molecular?.....

PATOLOGIA ¿?

Similar comportamiento clínico/evolución……

Clasificación molecular Tratamiento específico

Marcadores pronostico/predictivos Riesgo familiar (consejo genético)

Estudio molecular

N Engl J Med. 2013;369:1023-34

Diagnóstico molecular CCR: Las mutaciones en KRAS (exón 2) definen el uso de una terapia específica. Pacientes con mutación de KRAS E2 NO tratamiento con terapia anti-EGFR. Problema: Pacientes sin mutaciones KRAS E2 (codón 12 & 13) se tratan con anti-EGFR PERO no se benefician de la terapia….. Realidad: Presencia de “otras “ mutaciones en menor porcentaje (exón 3-4 KRAS, exón 2-3-4 NRAS , exón 15 BRAF) con el mismo efecto que KRAS E2

RAS Target Exons

Codons KRAS (Current)

CRC RAScan

KRAS E2 12&13 40% 40%

KRAS E3 59&61 4%

KRAS E4 117&146 6%

NRAS E2 12&13 3%

NRAS E3 59&61 4%

NRAS E4 117&146 <1%

Total 40% 57% Necesidad de conocer realizar un diagnóstico molecular adecuado: beneficio clínico

Mas allá de la mera investigación básica focalizada en la identificación de nuevos

biomarcadores (fuente de conocimiento) que constituye la base pero tiene objetivos claramente distintos a lo que a día de hoy se necesita

Problema clínico

El cáncer es una enfermedad genética

“La revolución en la investigación del cáncer se pueden resumir en una sola frase: EL CÁNCER ES, EN ESENCIA, UNA ENFERMEDAD GENÉTICA”

Bert Vogelstein & Kenneth W Kinzler NATURE MEDICINE VOLUME 10, 2004

• Origen genético-ambiental

• El 85-90% de los tumores son esporádicos, en el 4-6% de los canceres existe

agregación familiar (sin conocerse un gen responsable)

• En el ~12% de los canceres, se conoce el gen (mutación) responsable de la enfermedad, con patrones de herencia autosómico dominante o recesivo

Identificación de las marcas genéticas es

IMPRESCINDIBLE para el diagnóstico, pronóstico y selección de terapia

Cambio permanente en el material genético

• Genómicas

• Cromosómicas

• Génicas

Segregación cromosómica errónea

Reordenamientos cromosómicos

Cambios en una o unas pocas bases

Línea germinal Línea somática (<1%)

Variabilidad (polimorfismos, >1%)

Cáncer

Enfermedades Hereditarias

(Cáncer hereditario)

¿Que se entiende por mutación?

• Driver mutation -Mutación somática/germinal conductora o iniciadora- produce una ventaja selectiva por crecimiento diferencial (> oncogenes)

• Passenger mutation -Mutación Pasajera- alteraciones neutrales que no proporcionan ninguna ventaja al tumor (distintas en canceres similares, diferentes entre individuos).

Algunas mutaciones passenger pueden convertirse en conductoras (resistencia a terapia, confieren ventaja selectiva frente al tratamiento: recurrencia)

• Hay aprox. 1014 células en humanos, que pasan por 1016 divisiones celulares durante una vida. La frecuencia de mutación espontánea (sin fumar, haciendo vida sana, etc) es de 10-6 por gen por división celular: 1010 (diez mil millones) ocasiones para mutar algún gen “esencial”.

Tipo de mutaciones en cáncer: driver vs passenger

Proto-oncogenes

Supresores de Tumores

Reparación DNA

Para que se induzca el desarrollo del cáncer se necesita la pérdida de

AL MENOS una de las tres categorías de genes

Inactivación

Alteración

Activación

Metabolismo, microRNAs Telomerasa,

metilación...

Del gen la cáncer……

Enfermedad genética producida por la mutación de determinados genes en una célula determinada

Oncogenes

Genes supresores de tumores

Metáfora del autobús •Acelerador = protooncogén •Freno = TS genes •Saboteador = genes mutadores

El cáncer es un problema de frenos y acelerador

Gen normal (crecimiento celular)

1ª mutación (aceleración en el crecimento)

1 mutación es suficiente para desarrollar un tumor (ganancia de función)

Oncogenes

Gen (previene del cáncer)

1ª mutación (aumento de susceptibilidad)

2ª mutación o pérdida (cáncer)

2 alteraciones son necesarias para desarrollar un tumor (perdida de función)

Genes supresores

Las tres categorías de genes

Protoncogen Gen supresor Gen mutador

Es cualquier gen que codifica una proteína capaz de

transformar células en cultivo o inducir cáncer en los animales.

Suelen estar implicadas en crecimiento

Codifican proteínas que inhiben la proliferación (división) celular

Codifican proteínas implicadas en reparación del DNA

En cáncer la alteración (mutación, amplificación, traslocación) conlleva una

ganancia de función

En cáncer la alteración (mutación, metilación ..),

conlleva una perdida de función

En cáncer la alteración (mutación, metilación ..),

conlleva una perdida de función y tiene como consecuencia el

aumento de la tasa de mutación del conjunto del genoma

Proliferación Celular

Muerte celular

• Oncogenes

• Genes supresores • Genes de Apoptosis

• Genes Anti-apoptosis

De la célula al cáncer….

Y mucho mas…………………….

Hanahan D & Weinberg RA. The hallmarks of cancer. Cell (2000)

¿Qué necesita una célula para ser tumoral?

Hallmarks

1. Crecimiento autónomo

2. No responde a las señales de inhibición del crecimiento

3. Resistencia a la apoptosis

4. División continua

5. Angiogénesis sostenida

6. Capacidad de invadir y metastatizar

Hanahan D & Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell (2011) 144:646-674

Capacidades complementarias

Capacidades complementarias

Desregulación energética: metabolismo

Inestabilidad genómica y mutación

Evitar la respuesta inmune

Promover inflamación tumoral

Modelo de iniciación tumoral

Desarrollo del cáncer de colon: Modelo Fearon - Vogelstein

Mutación de la 1ª copia de APC

Célula epitelial Hiperproliferativa

Adenoma

Adenoma intermedio

Adenoma avanzado

Carcinoma Esporádico

Mutación de la 2ª copia de APC

Hipermetilación de DNA

Mutación oncogen KRAS

LOH o mutación de genes supresores (Smad4)

LOH o mutación de p53 y otros genes…

Población normal

Célula de colon normal (2 copias de

APC)

Adaptado de: E. R. Fearon and B. Vogelstein, Cell, 61, 759–767 (1990)

Célula epitelial de colon normal

(1 copia de APC)

Desarrollo del cáncer de colon: Modelo Fearon - Vogelstein

Mutación de la 1ª copia de APC

Célula epitelial Hiperproliferativa

Adenoma

Adenoma intermedio

Adenoma avanzado

Carcinoma “familiar”

Mutación de la 2ª copia de APC

Hipermetilación de DNA

Mutación oncogen KRAS

LOH o mutación de genes supresores (Smad4)

LOH o mutación de p53 y otros genes…

Célula de colon normal (2 copias de

APC)

Adaptado de: E. R. Fearon and B. Vogelstein, Cell, 61, 759–767 (1990)

mutacion APC Germinal

Célula epitelial de colon normal

(1 copia de APC)

Modelo de iniciación tumoral (hereditario)

¿cuál será el comportamiento clínico del paciente?

Preguntas que requieren respuesta

¿que genes (mutaciones) son relevantes en cáncer?

¿cirugía o tratamiento?

¿cuál es la terapia disponible para estas mutaciones/vías?

¿que vías de señalización se tienen que regular con terapia?

Enfermedad multifactorial con Componente Genético

Función Diagnóstico

T i e m

p o

Proyecto Genoma Humano

Localización de los genes

Identificación de los genes

Medicina Predictiva

Terapia Génica

Farmacogenética

Terapia Farmacológica

Medicina genómica: Medicina individualizada

???

Era genómica en cáncer: medicina genómica

Pacientes con el mismo diagnóstico

No Beneficio y toxicidad

No Beneficio y no toxicidad

Beneficio y no toxicidad

Beneficio y toxicidad

Pacientes con el mismo

diagnóstico

Estudio mutacional (genético)

Tratamiento óptimo para cada paciente

FEBRERO 2001

Consorcio Público

Ohio State University

Celera Genomics

NOVIEMBRE 2001

Contiene ~25.000 genes (3.3 x 109 pb) pero se desconoce la función de casi la mitad

Secuenciación del genoma

¿Cuántas mutaciones son necesarias en un tumor?

Bert Vogelstein: AACR 2010 Meeting Plenary Session

Necesitamos conocer los genes frecuentemente alterados en cáncer y diseñar terapias específicas

Sorter by n

Amplifications 16

Chromosome 490

Frameshift Mutations 101

Gene Symbol 490

Germline Mutations 76

Large Deletions 37

Missense Mutations 144

Nonsense Mutations 93

Other Mutations 26

Somatic Mutations 452

Splicing Mutations 63

Translocations 327

http://cancer.sanger.ac.uk/cancergenome/projects/cosmic/

La mayor parte de las mutaciones en cáncer

afectan de forma recurrente a ciertos

oncogenes y genes supresores

Además………..

PI3K/AKT Pathway

RAS/MEK Pathway

Receptors Downstream

Effectors

AKT1, 2, 3 BRAF EGFR CDK4

PIK3CA HRAS FGFR1,2,3 CTNNB1

PHLPP2 KRAS KIT FBXW7

FRAP (mTOR) MEK1,2 VEGF JAK2

RICTOR NRAS PDGFRA RET

PDPK1 RAF1 GNAQ FLT3

PIK3R1 PRKAG1/2 ERa IDH1,2

MC1R MET Dear1

ALK TNK2(ACK1)

Mutaciones activantes en la mayoría de los tumores de origen epitelial Con un total de < 100 mutaciones en tumores epiteliales, < 50% activantes Muchas mutaciones asociadas a canceres menos “frecuentes” (≈ 400) (leucemia, sarcoma,..)

Vías de señalización comúnmente alteradas en cáncer y terapia dirigida

Genómica… …. Paciente oncológico

Implicación clínica

Sabemos que tenemos que analizar y como hacerlo

Sponsors and Collaborators: Centre Leon Berard National Cancer Institute, France

Adapting Treatment to the Tumor Molecular Alterations for Patients With Advanced Solid Tumors: My Own Specific Treatment (MOST)

Realidad

MOST

CONCEPTO: MOST es un ensayo clínico en fase II dirigido a pacientes con tumores sólidos avanzados en progresión después de una primera línea de terapia Objetivo: Evaluar si un tratamiento de 12 semanas con una terapia dirigida en base a un estudio molecular previo es suficiente para para estabilizar la enfermedad en comparación con un tratamiento standard más prolongado Criterios de inclusión: Pacientes con cáncer que presentan una alteración molecular especifica independientemente del sitio de la enfermedad primaria (primaria o metástasis) o tipo de tumor Fármacos: Los tratamientos administrados en MOST cuentan con autorización comercial

Treatment:

• Nilotinib (400 mg BID): Patients with mutations or amplifications/traslocations in ABL1, KIT, PDGFRA, PDGFRB, DDR1, DDR2, CSF1R and in their ligands

• Everolimus (10 mg QD): Patients with mutations in PIK3CA, PIK3R1, AKT1, AKT2, mTOR or loss in TSC1, TSC2, PTEN

• Sorafenib (400 mg BID): Patients with mutations or amplifications/traslocations in VEGFR1-3, PDFGRB, FLT3, BRAF, CRAF, KRAS, RET and in their ligands

• Lapatinib (1500 mg QD): Pacients with mutation or amplification in HER2 • Pazopanib (800 mg QD): Pacients with mutations or amplifications/traslocations in

VEGFR1-3, PDGFRA, PDGFRB, KIT and in their ligands

Realidad

mutaciones

¿Qué aporta la biología molecular?.....

¿Sabemos cual es el beneficio del estudio genético del tumor en la rutina clínica?

Nos permite identificar mutaciones (herramientas terapéuticas,

cirugía –profiláctica-, …..)

Panel GENERICOS: Panel de cáncer, regiones hotspot (sitios recurrentemente mutados, COSMIC) de 50 oncogenes y genes supresores

- Contiene 207 amplicones y se requiere 10 ng de DNA - Identificación de ~2.800 variantes (mutaciones/SNP)

descritas e infinitas no descritas - Selección de marcadores basadas en pronóstico y predicción

Panel ESPECIFICOS: Panel de cáncer de pulmón y colon

- Contiene 88 amplicones: hostspots y regiones (total de 14.6Kb) de 22 genes implicados en cáncer de colon y pulmón

- Genes incluidos: KRAS, EGFR, BRAF,PIK3CA, AKT1, ERBB2, PTEN, NRAS, STK11, MAP2K1, ALK, DDR2, CTNNB1, MET, TP53, SMAD4, FBXW7, FGFR3, NOTCH1, ERBB4, FGFR1, FGFR2)

Paneles de secuenciación dirigidos

Evaluación de la secuenciación en la oncología clínica

Análisis de secuenciación masiva dirigida (≈100 pacientes) en el contexto clínico Interpretación biológica:

- Correlación entre el resultado del test genético y la historia clínica: impacto en la toma de decisión terapéutica

- Terapéuticamente relevante: variantes genéticos para las que existe tratamiento

Unidad de diagnostico molecular

CP LCCP

Col. Dpto. Patología y Oncología clínica

Las alteraciones moleculares encontradas pueden estar asociadas a:

- Mutaciones in genes para las que existe terapia disponible:

- Inhibidores kinasa: ABL1 / ALK /JAK2/ KDR(VGFR2)/ERBB2/PIK3CA…………

- Inmunoterapia: ERBB2/EGFR/……

- Mutaciones asociadas a vías de señalización específicas: PI3K / AKT, PDGFR, CSF1R, ….

- Mutaciones asociadas a terapias en fase pre-clínica: (www.clinicaltrials.gov)

- Mutaciones asociadas a resistencia (p53 -taxanos,…. )

- Mutaciones en genes sin terapia especifica (CDH1,…)

Clinical interpretation

1. Potencial diana terapéutica 2. Marcadores predictivos 3. Resultados de interés biológico

• 109 pacientes en los que se llevo a cabo el test genético (85 panel cáncer y 24 panel de cáncer de colon y pulmón) (2013-2014).

• Correlación con la historia clínica: impacto en el tratamiento

• Se considera terapéuticamente relevante aquellas alteraciones genéticas para las que existe tratamiento específico

Interpretación clinica: resultados

- El tratamiento fue cambiado en base a la mutación encontrada

- Inhibidores kinasa : ABL1 / ALK / JAK2 / KDR (VGFR2) / ERBB2 / PI3K ............

- Inmunoterapia: ERBB2 / EGFR / ......

- Ensayos clínicos

- Se añadió al tratamiento pautado un segundo fármaco

- Se cambio o descartó el fármaco pautado por que la mutación encontrada

indica resistencia al mismo

Estudio clínico: CON repercusión terapéutica

Gen Nucleótide

change Protein

Frequency (%)

Covereage Acc number

GNA11 c.626A>T p.Gln209Leu 12 1426 COSM52969

Paciente (56 años) diagnosticado con un melanoma de coroides en progresión

Feng et al Cancer Cell (2014)/ Yu et al. Cancer Cell (2014)

Combined PKC and MEK inhibition in uveal melanoma with GNAQ and GNA11 mutations. Chen et al. Oncogene.2013 doi: 10.1038/onc.2013.418 Clinical trial: Vorinostat in Treating Patients With Metastatic Melanoma of the Eye. NCT01587352. (Vorinostat: inhibidor de histonas desacetilasas). 2014

Caso ejemplo

• Status clínico del paciente: situación actual

• Accesibilidad al fármaco indicado: viabilidad, coste

• El fármaco ya estaba incluido en el tratamiento

• Dificultad para elegir el fármaco en base a la cantidad de dianas moleculares

alteradas encontradas (oncólogo)

La ultima decisión es del paciente

y de su oncólogo

Estudio clínico: SIN repercusión terapéutica

109 (2013-2014)

PCG 85

69 with mutations (81,2%)

61 Therapeutic relevants (88,5%)

22 Therapy changes (36,1%)

1 NV 1 loss

PCLC 24

18 with mutations (75%)

ALL relevant (100%)

3 Therapy changes (16,7%)

4 NV 2 loss

Análisis retrospectivo: Conclusiones

87 casos (79.8%)

79 casos (90%)

25 casos (31.6%)

En la mayoría de los casos se identificó una mutación con potencial beneficio terapéutico

Un tercio de los pacientes se beneficiaron del estudio genético (tratamiento dirigido)

• Conocer a nivel molecular un tumor permite la toma de decisiones clínicas

• El uso clínico de técnicas de secuenciación masiva (NGS) en el diagnóstico rutinario del cáncer es HOY una realidad.

• El análisis de rutas (pathways) comunes permitirá una selección más racional de terapia.

• “Problemas clínicos”:

• Las técnicas, procedimientos y objetivos en investigación son diferentes a las empleadas en clínica.

• Heterogeneidad del cáncer: biopsia “liquida” alternativa.

• Alteraciones driver vs. passenger

• Serán necesarios ensayos clínicos académicos que tengan en consideración esta nueva visión.

• INTEGRAR: Tecnología de Diagnóstico Molecular + Análisis racional de datos + Contexto clínico-patológico.

CONCLUSIONES

¡¡¡¡Muchas gracias!!!